(57)【要約】【課題】負荷へ印加する電圧の上昇率を制御し、電力供給線に介在する機械的接点における、突入電流に起因する不安定動作を回避することができる電源回路を得ることができる。【解決手段】昇圧回路２３２により入力電圧を昇圧させることで、電流の損失を抑制する。さらに交流電圧から直流電圧に変換し、半導体素子２３８を高周波でスイッチング動作させ、ハロゲンランプ２１７へ流す電流を抑制する電源回路。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部からの電力供給を受けて発熱する発熱部と、
前記発熱部に電力を供給する電力供給線に介在され、機械的接点の接触、離間動作により、前記電力供給線を導通、遮断するオン／オフ回路と、
前記電源部に設けられ、入力電圧を昇圧することで、前記発熱部に与える昇圧前の電力を維持し、かつ前記発熱部を流れる電流を昇圧前よりも低くする昇圧回路部と、
を有する電源回路。
【請求項２】
電源部からの電力供給を受けて発熱する発熱部と、
前記電源部に設けられ、交流入力電圧を直流出力電圧に変換する交流-直流変換手段と、
前記発熱部に電力を供給する電力供給線に介在され、機械的接点の接触、離間動作により、前記電力供給線を導通、遮断するオン／オフ回路と、
前記発熱部に電力を供給する電力供給線に介在され、制御信号に基づいて、半導体特性により電子的に導通、遮断する半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子に対して、相対的に高周波数から低周波数へ徐々に移行するスイッチング制御信号を出力する制御手段と、
を有する電源回路。
【請求項３】
前記電源部に設けられ、入力電圧を昇圧することで、前記発熱部に与える昇圧前の電力を維持し、かつ前記発熱部を流れる電流を昇圧前よりも低くする昇圧回路部をさらに有する請求項２記載の電源回路。
【請求項４】
前記交流-直流変換手段が、前記昇圧回路部の機能として組み込まれる請求項３記載の電源回路。
【請求項５】
前記制御手段が、
スイッチング制御信号の周波数として、可聴周波数以外の領域が適用される請求項２〜請求項４の何れか１項記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、定着装置のヒータについて記載されており、交流電源と整流器の間にヒータを設けることにより、ヒータには交流電流が流れる内容が記載されている。
【０００３】
この特許文献１では、制御回路及びパワーＦＥＴには整流器からの直流電流を流し、ヒータには交流電流を流す。これにより、ヒータにハロゲンランプを使用した場合でも、大電力のハロゲンランプを使用できる内容が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、定着装置のヒータについて記載されており、位相制御を行うことにより、突入電流の発生を防止する内容が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２５４２６４号公報
【特許文献２】特開２００３−０８４６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発熱部へ印加する電圧を昇圧させ、電力供給線に介在する機械的接点における、突入電流に起因する不安定動作を回避することができる電源回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、電源部からの電力供給を受けて発熱する発熱部と、前記発熱部に電力を供給する電力供給線に介在され、機械的接点の接触、離間動作により、前記電力供給線を導通、遮断するオン／オフ回路と、前記電源部に設けられ、入力電圧を昇圧することで、前記発熱部に与える昇圧前の電力を維持し、かつ前記発熱部を流れる電流を昇圧前よりも低くする昇圧回路部と、を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、電源部からの電力供給を受けて発熱する発熱部と、前記電源部に設けられ、交流入力電圧を直流出力電圧に変換する交流-直流変換手段と、前記発熱部に電力を供給する電力供給線に介在され、機械的接点の接触、離間動作により、前記電力供給線を導通、遮断するオン／オフ回路と、前記発熱部に電力を供給する電力供給線に介在され、制御信号に基づいて、半導体特性により電子的に導通、遮断する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子に対して、相対的に高周波数から低周波数へ徐々に移行するスイッチング制御信号を出力する制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記電源部に設けられ、入力電圧を昇圧することで、前記発熱部に与える昇圧前の電力を維持し、かつ前記発熱部を流れる電流を昇圧前よりも低くする昇圧回路部をさらに有する、ことを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記交流-直流変換手段が、前記昇圧回路部の機能として組み込まれる、ことを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記制御手段が、スイッチング制御信号の周波数として、可聴周波数以外の領域が適用される、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比して、発熱部へ印加する電圧を昇圧させ、電力供給線に介在する機械的接点における、突入電流に起因する不安定動作を回避することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比して、直流電流に変換し、高周波スイッチングを実行させ、電力供給線に介在する機械的接点における、突入電流に起因する不安定動作を回避することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比して、電圧を昇圧し、高周波でスイッチングすることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、交流電圧から昇圧回路を通して昇圧した電圧を供給することができるため、交流電圧１００Ｖ／２００Ｖ入力にかかわらず、ハロゲンヒータは１種類ですむ。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比して、可聴周波数以外の領域で高周波スイッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１には、本実施の形態に係る画像形成装置１０の概要が示されている。画像形成装置１０には、エンジン部１２が備えられており、エンジン部１２の下部には、給紙ユニット１４が設けられている。
【００１７】
この給紙ユニット１４は、用紙が積載される用紙トレイ２２と、この用紙トレイ２２から用紙を送り出す給紙ロール２４と、で構成されており、給紙ロール２４により送りだされた用紙は、搬送ロール２６、搬送ロール２８を経て給紙路３０を通過し、転写ロール７４へ搬送される。
【００１８】
この転写ロール７４によってトナー像が用紙に転写され、定着部３２で定着された後、切替爪３４の位置選択によって、排出ロール３６又は排出ロール３８により、エンジン部１２の上部に設けられた第１の排出トレイ１６又は第２の排出トレイ１８へ排出される。
【００１９】
ここで、両面印刷の場合、上記のような順序で表面の印刷が終わった後、第１の排出トレイ１６へ用紙が完全に排出される前に、排出ロール３６が逆転し、該用紙が反転路４０へ供給される。そして、搬送ロール４２、搬送ロール４４、搬送ロール４６、搬送ロール４８を経て、再び給紙路３０に戻され、用紙の裏面側が印刷される。また、手差し印刷の場合、手差しトレイ２０へ用紙を載置することで、用紙は手差しロール４９から搬送ロール４８を経て給紙路３０へ搬送され、印刷される。
【００２０】
定着装置３２は、加圧、加熱機能を持つ一対の定着ロール３２Ａ、３２Ｂを備えている。
【００２１】
定着ロール３２Ａは、加圧源としての役目を有し、加圧ユニット３３が設けられている
。また、定着ロール３２Ｂは、加熱源としての役目を有し、熱源としてのハロゲンランプ２１７が設けられている。
【００２２】
定着部３２は、ハロゲンランプ２１７へ電力が供給されることにより、ハロゲンランプ２１７が点灯することによって定着ロール３２Ａ、３２Ｂが所定温度になるように加熱されるようになっており、前記トナー像は、この加熱された定着ロール３２Ａ、３２Ｂによる加熱及び加圧によって用紙にトナー像が定着されるようになっている。
【００２３】
ところで、画像形成装置１０の図１の右側には、トナーと磁性キャリアからなる各色毎の現像材が充填された４個のトナーカートリッジ６４が配設されている。このトナーカートリッジ６４は、それぞれ現像材供給路６５によって、図１の上から順に配列された後述する現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃと接続されており、トナーカートリッジ６４中の現像材が現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃへ供給される。
【００２４】
トナーカートリッジ６４の図１の左側には、露光ユニット６２が配置されており、露光ユニット６２からは、画像信号に応じた４本のレーザ光Ｌ（Ｙ）、Ｌ（Ｍ）、Ｌ（Ｋ）、Ｌ（Ｃ）（以下、総称する場合は、レーザ光Ｌという）を出力する光源部と、レーザ光Ｌに対して変調及び走査を行う変調処理部と、露光面上の走査速度を補正するｆθレンズや、走査方向にレンズパワーを持つ面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ等により構成された光学系と、を含んで構成されている。
【００２５】
露光ユニット６２では、光源部から射出された各色のレーザ光Ｌが変調処理部に入射され、各色毎の画像情報に応じてそれぞれ変調されて、ポリゴンモータ６３により回転しているポリゴンミラー６７により走査（主走査）される。ポリゴンミラー６７により走査された各色のレーザ光Ｌは、ミラー郡６９により各色に対応する感光体ドラム５２の配設方向に反射されて各感光体ドラム上に結像される。
【００２６】
感光体ユニット５０には、各感光体ドラム５２に対応して、帯電ロール５６及びリフレッシュロール５４が備えられており（図１では、感光体ユニット５０Ｙに対応するもののみに符号を記載）、それぞれ感光体ドラム５２に接触回転するように設けられている。帯電ロール５６では、感光体ドラム５２を一様に帯電させ、現像装置５８に備えられたマグネットロール８０から飛翔するトナーを感光体ドラム５２の表面に付着させる。一方、リフレッシュロール５４では、感光体ドラム５２を放電させ、感光体ドラム５２の表面に付着した残留トナーを取り除き、感光体ドラム５２の表面にトナーが残留することで生じるゴースト等を防止する。
【００２７】
ここで、現像装置５８は、それぞれの感光体ユニット５０の図１右下側に配置されており、各感光体ドラム５２（５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｋ、５２Ｃ）に対応して４つの現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃが縦方向に並べられている。
【００２８】
一方、感光体ユニット５０の図１の左側には、中間転写体ユニット６６が配置されており、３つのドラム状の中間転写体６８、中間転写体７０、中間転写体７２が備えられている。２つの第１中間転写体６８、中間転写体７０は、縦方向に上下に並べられており、上部の第１中間転写体６８が、感光体ドラム５２のうち上部に配置された２つの感光体ドラム５２Ｙ、５２Ｍに接触回転し、下部の第１中間転写体７０が、下部に配置された２つの感光体ドラム５２Ｋ、感光体ドラム５２Ｃに接触回転するようになっている。また、第２中間転写ドラム７２は、第１中間転写体６８、第１中間転写体７０の双方に接触回転するようになっており、この第２中間転写ドラム７２に、前述した転写ロール７４が接触回転する。
【００２９】
したがって、感光体ドラム５２Ｙ、感光体ドラム５２Ｍから各トナー像が第１中間転写体６８に転写され、感光体ドラム５２Ｋ、感光体ドラム５２Ｃから各トナー像が第１中間転写体７０にそれぞれ転写される。この第１中間転写体６８、第１中間転写体７０に転写された各２色のトナー像が、第２中間転写ドラム７２に転写されて４色となり、この４色のトナー像が転写ロール７４により用紙に転写されることになる。
【００３０】
これらの中間転写体６８、中間転写体７０、中間転写体７２の近傍には、それぞれクリーニングロール７６及びクリーニングブラシ７８が配置されており、中間転写体６８、中間転写体７０、中間転写体７２の表面の残留トナーが掻き落とされる。
【００３１】
図２は、エンジン部１２における画像形成のための制御系のブロック図である。
【００３２】
メイン電源管理部２００には、商用電源２０１が接続されており、ＬＶＰＳ（低電圧電源）、及びＨＶＰＳ（高電圧電源）を生成し、電源供給ラインを介して機内各部へ電力を供給する。
【００３３】
メインコントローラ２０２には、ユーザインタフェース２０４が接続され、ユーザの操作によって画像形成等に関する指示がなされると共に、画像形成時等の情報をユーザへ報知するようになっている。
【００３４】
また、このメインコントローラ２０２には、図示しない外部ホストコンピュータとのネットワークラインが接続されており、画像データが入力されるようになっている。
【００３５】
画像データが入力されると、メインコントローラ２０２では、例えば、画像データに含まれるプリント指示情報と、イメージデータとを解析し、エンジン部１２に適合する形式（例えば、ビットマップデータ）に接続し、画像形成処理制御部２０６へ画像データを送出する。
【００３６】
画像形成処理制御部２０６では、入力されたイメージデータに基づいて、画像形成処理制御部２０６と共に、光走査コントロール部２０８、駆動系コントロール部２１０、帯電器コントロール部２１２、現像装置コントロール部２１４、定着コントロール部２１６のそれぞれを同期制御している。なお、定着コントロール部２１６には、前述したハロゲンランプ２１７が接続されている。ハロゲンランプ２１７は、定着コントロール部２１６から供給された電力によって発光し、そのエネルギーによって発熱される。
【００３７】
ここで、本実施形態における定着装置３２では、ハロゲンランプ２１７へ電力を供給する電力供給線にオン／オフ回路、例えばリレー回路２３４（図３参照）を介在し、このオンオフ回路２３４の機械的接点の開閉動作によってハロゲンランプ２１７の電力を供給するか否かを行っている。
【００３８】
このとき、ハロゲンランプ２１７へ印加する電圧は、メイン電源制御部２００（図２参照）により、商用電源の電圧よりも高く、機械的接点間で放電する場合がある。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、昇圧回路２３２、及び半導体素子２３８の高周波スイッチング動作により、前記放電の原因となる突入電流を回避する電力供給回路を構成した。
【００４０】
図３には、定着装置に関する概略構成図が示されている。
【００４１】
定着装置に関するものは、商用電源２０１、定着コントローラ部２１６、ハロゲンランプ２１７、及び画像形成処理制御部２０６を含む。
【００４２】
定着コントローラ２１６は、昇圧回路２３２、リレー回路２３４、半導体素子２３８、及びコントローラ２３０を備えている。リレー回路２３４には、機械的接点であるスイッチ２３４Ａ、２３４Ｂを連動して操作させるためのコイル２３６が含まれている。
【００４３】
昇圧回路２３２は、商用電源２０１から供給される交流電圧よりも高い直流電圧が発生されるようになっている。すなわち、昇圧回路２３２は、昇圧機能と、交流−直流変換機能を併せ持つ。
【００４４】
また、入力する電圧値に拘らず、予め定めた出力値で出力させるようになっている。例えば、入力電圧が１００（Ｖ）であっても、２００（Ｖ）であっても、出力電圧は４００（Ｖ）となる。なお、昇圧回路２３２における、昇圧の度合は、コントローラ２３０からの信号に基づいて設定される。
【００４５】
昇圧回路２３２には、例えばアクティブフィルターや、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いる。
【００４６】
昇圧回路２３２とハロゲンランプ２１７とを接続する電力供給線２３７Ａ、２３７Ｂには、前記スイッチ２３４Ａ、２３４Ｂがそれぞれ介在されている。このため、ハロゲンランプ２１７には、スイッチ２３４Ａ、２３４Ｂがオン（閉じている）状態のとき、直流電流が供給されるようになっている。
【００４７】
リレー回路２３４では、コイル２３６により発生される電磁力により、スイッチ２３４Ａ、２３４Ｂが連動して動作されるようになっている。これにより、スイッチ２３４Ａ、２３４Ｂの機械的動作スイッチング（オン／オフ動作）を行うようになっている。電力供給線２３７Ｂには、半導体素子２３８が介在されている。半導体素子２３８は、コントローラ２３０からの信号により、電力供給線２３７Ｂを電子的スイッチング動作で導通、遮断（電力制御）する役目を有している。半導体素子２３８としては、直流電圧が制御対象であるため、例えば、パワーＦＥＴ等が適用可能である。
【００４８】
半導体素子２３８を使用することにより、電子的にスイッチングするようになっている。
【００４９】
コントローラ２３０は、昇圧回路２３２、リレー回路２３４、及び半導体素子２３８を制御するようになっている。
【００５０】
コントローラ２３０は、画像形成時期に、昇圧回路２３２の昇圧度合を設定すると共に、リレー回路２３４を起動させるように制御する。
【００５１】
また、コントローラ２３０は、半導体素子２３８を制御して、リレー回路２３４のスイッチ２３４Ａ、２３４Ｂのオンに基づく、ハロゲンランプ２１７への電力開始時に相対的に高周波から低周波に変化するように周波数を制御する。
【００５２】
この周波数制御により、ハロゲンランプ２１７へ印加される電圧は、徐々に上昇する傾きを持たせることになる（図５参照）。
【００５３】
なお、半導体素子２３８の本来の機能は、ハロゲンランプ２１７の特に、画像形成時の温度制御である。
【００５４】
すなわち、定着装置３２には、図示しない温度センサが設けられており、この温度センサからの検出信号に基づいて、半導体素子２３８による電子的スイッチング動作により、ハロゲンランプ２１７への電力供給線２３４Ｂを導通、遮断して、オン／オフ制御が実行される。
【００５５】
次に、図４には、ハロゲンランプ２１７の電力（Ｗ）を横軸とし、初期抵抗（Ω）を縦軸とした、入力電圧が２００（Ｖ）と２１７（Ｖ）の場合のグラフが示されている。
【００５６】
入力電圧を昇圧させ、初期抵抗の値を高くすれば、ハロゲンランプ２１７を流れる電流を低く抑えることが可能になる。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る作用について、図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００５８】
図５は、ハロゲンランプ２１７へ電力供給制御の詳細を示すタイミングチャートである。
【００５９】
電力供給制御として、電圧供給制御期間で徐々に上昇する傾きを持った電圧を供給し、一定期間経過したら、一定電圧の下でのハロゲンランプ２１７の温度を調整する温度制御期間となる。
【００６０】
電圧供給制御期間では、ハロゲンランプ２１７への電圧供給制御を昇圧回路２３２、リレー回路２３４、及び半導体素子２３８を使用してハロゲンランプ２１７への電圧制御に基づく電力供給を制御する。その後、温度制御期間において、ハロゲンランプ２１７の温度制御が、半導体素子２３８のスイッチング制御によって行われる。
【００６１】
最初に、昇圧回路２３２では、商用電源から供給される交流電圧を昇圧させ、さらに昇圧回路２３２内にある交流−直流変換機能により、直流電圧を生成させるようになっている。ハロゲンランプ２１７への入力電圧を昇圧させることで、電力供給装置内に流れる電流を抑えられる。
【００６２】
次に、リレー回路２３４、半導体素子２３８が共にオフ（開いている状態）となり、リレー回路２３４のスイッチ２３４Ａ、２３４Ｂがコイル２３６の発生する電磁力により連動してオン状態になり、半導体素子２３８がスイッチング動作を開始（オン状態）するようになっている。半導体素子２３８のスイッチング動作に応じて、ハロゲンランプ２１７へ電力が供給されるようになっている。
【００６３】
半導体素子２３８は、人間の可聴領域の周波数（２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）以上の高周波（３０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ）でスイッチング動作させる。
【００６４】
交流電圧をスイッチングする場合には、ゼロクロスで交流電源のオン／オフを切り換えるのが一般的であるため、高速なスイッチング動作（高周波スイッチング）が難しく、この結果、人間の可聴領域の周波数領域でスイッチング動作を行うことになる。
【００６５】
しかし、本実施の形態では、直流電圧が供給されるため、人間の可聴領域以上の周波数で高周波スイッチングを行い、突入電流による不快音の発生の回避を実現している。
【００６６】
電力供給制御期間によりハロゲンランプ２１７へ電力が供給されることで、ハロゲンランプ２１７の温度が上昇する。
【００６７】
ここで、定常時の電圧となり、定着装置３２（ハロゲンランプ２１７）の温度Ｔが基準温度Ｔ０に達すると、画像形成処理（定着処理）可能状態となる。ここで、定常時の電圧を維持していると、温度が上がりすぎる。
【００６８】
温度制御期間では、半導体素子２３８のスイッチング動作のオン・オフにより、ハロゲンランプ２１７の温度を基準温度Ｔ０（許容範囲Ｔ１≧Ｔ≧Ｔ２）に維持する。
【００６９】
ここで、Ｔ１は上限温度であり、基準温度Ｔ０よりもα（αは正の数）だけ高い温度である。また、Ｔ２は下限温度であり、基準温度Ｔ０よりもβ（βは正の数）だけ低い温度である。
【００７０】
なお、本実施の形態では、電力供給装置に昇圧回路２３２、リレー回路２３４、及びスイッチング素子２３８を備えた構成で説明したが、これに限らず、例えば、昇圧回路２３２、及びリレー回路２３４のみの構成であってもよい。
【００７１】
これは、電圧が高い方が初期抵抗が高いことのみを利用して突入電流を抑制するものである。
【００７２】
さらに、例えば、リレー回路２３４、及びスイッチング素子２３８のみの構成であってもよい。
【００７３】
この場合には、昇圧回路２３２の代替として、交流電圧を直流電圧に変換する変換器が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す側面図である。
【図２】本実施の形態に係るエンジン部の制御ブロック図である。
【図３】本実施の形態に係るハロゲンランプの電力と初期抵抗の関係を表した図である。
【図４】本実施の形態に係る定着制御に関する概略構成図である。
【図５】本実施の形態に係る電圧供給制御を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１０  画像形成装置
１２  エンジン部
３２  定着部（発熱部）
５２  感光体ドラム
５６  帯電ロール
５８  現像装置
６０  現像器
６２  露光ユニット
７４  転写ロール
２０１  商用電源（電源部）
２０２  メインコントローラ
２０４  ユーザインタフェース
２０６  画像形成処理制御部
２０８  光走査系コントロール部
２１０  駆動系コントロール部
２１２  帯電系コントロール部
２１４  現像装置コントロール部
２１６  定着コントロール部
２１７  ハロゲンランプ（発熱部）
２３０  コントローラ（制御手段）
２３２  昇圧回路（昇圧回路部）
２３４  リレー回路
２３６  コイル
２３８  半導体素子
【図１】
2010124666.tif 000003
【図２】
2010124666.tif 000004
【図３】
2010124666.tif 000005
【図４】
2010124666.tif 000006
【図５】
2010124666.tif 000007